智能小车模拟比赛报告.docx
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智能小车模拟比赛报告.docx
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智能小车模拟比赛报告
全国大学生电子设计竞赛
智能小车蓝牙控制循迹停车
设计报告
制作单位:
安徽三联学院
制作人:
(1)硬件:
随青松
(2)软件:
钟瑞
(3)文档:
任竞
组号:
三联10SZR组
目录
---一.系统方案----------------------------------------------------------------------3
1.总体方案设计----------------------------------------------------------------3
二.理论分析与计算----------------------------------------------------------------5
2.1信号检测与控制------------------------------------------------------------5
2.2通信方法--------------------------------------------------------------------9
2.3功率计算-------------------------------------------------------------------10
三.电路与程序设计----------------------------------------------------------------11
3.1电路设计---------------------------------------------------------------------11
3.2程序设计--------------------------------------------------------------------12
四.测试方法与测试结果-----------------------------------------------------------16
4.1测试方案及测试条件------------------------------------------------------17
4.2测试结果完整性-----------------------------------------------------------19
4.3测试结果分析--------------------------------------------------------------19
4.4发挥部分--------------------------------------------------------------------21
结束语---------------------------------------------------------------------------------22
参考书目------------------------------------------------------------------------------23
摘要
本文描述了单片机控制智能小车循迹,避障的设计原理和实现方法。
该系统是利用51单片机进行控制,硬件上用到了循迹模块,光电开关,蓝牙模块,光敏传感器,通过单片机接收信号可用手机实现对小车循迹,避障的控制,完成任务的基本要求。
由于小车的速度较快,程序中需用到PWM调速,经不断调试测试,完善了对智能小车的控制。
Abstract
Singlechipmicrocomputerintelligentcartracking,thispaperdescribestheescapesdesignprincipleandimplementationmethodofthesystemistheuseof51single-chipmicrocomputertocontrolandhardwareusedinthetrackingmodule,escapesmodule,bluetoothmodule,throughthemicrocontrollerreceivessignalsusedmobilephonestocartracking,escapesthecontrol,thebasicrequirementsofthetaskduetothefastcar,intheprogramneedtoPWMspeedcontrol,throughcontinuousdebuggingtest,andimprovethecontrolofthesmartcar
一.系统方案
让小车完成赛道任务,必须设计出任务方案,如下所示:
1.基本要求:
(无C,D两点障碍,及F点灯泡)
(1)小车从A点沿黑线行驶到E点;
(2)小车在A点等待手机发出行驶指令,
走到B点,再次等待手机发出行驶
指令,走到E点;
(3)小车从A点行驶到E点,停5秒时间
后,进入车库到F点后,自动掉头停好。
方案:
1基本任务(分为三部分)
1如上图所示,虚线内的为第一部分,把线内路径分为五条,分别命名为1,2,3,4,5五条线,当小车在A点时,手机通过蓝牙发出信号使小车跑动,当碰到转弯时都进行右转弯90˚角,在到达B点前的转弯处左转90˚角到达B点停止;
2小车停止在B点,手机发出指令让小车自动循迹到达E点停止;
3小车在E点停止5秒后,自动向左转45˚,循迹进入车库,到达F点后,旋转180˚后停止。
小车基本任务流程
2发挥部分
小车到达E点后停止5秒,然后利用寻光模块寻到F点的光亮,小车向前行进,靠近光亮约10厘米处停止。
具体流程图如下:
小车发挥部分流程图
二.理论分析与计算
2.1信号检测与控制
(1)循迹模块
循迹模块共分为三个管脚,VCC(电源),S(信号管脚),GND(地),把电源和地接好后,其中一个光电管发出信号,当有反射后另一个光电管接收到信号,模块上的LED会亮,说明接收到信号;如果没有,说明没有接收信号。
我们可以利用模块的这个功能来检测轨道,当检测到有反光时则S输入为“1”,无信号时为“0”,把这个信号连接到单片机,可以利用信号的1,0来实习智能小车的循迹功能。
(2)光电传感器避障模块
原理图
光电传感器原理同循迹模块相同,探头有两个光电管一发一收,尾部有个旋钮可以调节感光的距离,可以利用这一原理实现小车避障功能,从而实现对小车的控制。
(3)蓝牙模块
(1)核心模块使用HC-06从模块,引脚接口包括VCC,GND,TXD,RXD,预留LED状态输出脚,单片机可通过该脚状态判断蓝牙是否已经连接;
(2)LED指示蓝牙连接状态,闪烁表示没有蓝牙连接,常亮表示蓝牙已经连接上并打开了端口;
(3)底板3.3VLDO,输入电压3.6到6V,未配对时电流约30mA,配对后10mA,输入电压禁止超过7V;
(4)接口电平3.3V,可以直接连接各种单片机,5V单片机也可直接连接;
(5)空旷地有效距离10米;
(6)配对以后当全双工串口使用,无需了解任何蓝牙协议,但仅支持8位数据,一位停止位,无奇偶校验的通信格式,这也是最常用的通信格式,不支持其他格式;
(7)在未建立蓝牙连接时支持通过AT指令设置波特率,名称,配对密码,设置的参数掉电保存,蓝牙连接后自动切换到透传模式。
(8)TXD:
发送端,一般表示为自己的发送端,正常通信必须接另一个设备的RXD;RXD:
接收端,一般表示自己的接收端,正常通信必须接另一个设备的TXD。
(4)光敏传感器
1光敏电阻模块对环境光线最敏感,一般用来检测周围环境的光线的强度,触发单片机或继电器模块等;
2模块在环境光线强度达不到设定阀值时,D0端输出高电平,当外界光线亮度超过设定阀值时,D0端输出低电平;
3D0输出端可以与单片机直接相连,通过单片机来检测高低电平由此来检测环境的光线强度改变;
4D0输出端可以直接驱动继电器模块由此可以组成一个光控开关。
(5)PWM调速
PWM调速
以上为PWM调速原理,把加在L298N驱动芯片使能端的电压用软件分成如上所示脉冲波形,则平均电压大小就可以通过改变脉冲的占空比来调节,则可以实现对小车的降速调节。
2.2通信方法
智能小车基本控制原理控制
智能小车控制如上图所示,手机通过蓝牙与单片机相连,手机向单片机发送信号,单片机响应信号后向循迹模块与避障模块发出指令,然后通过控制电机的转动来间接控制小车工作,完成所要求的任务。
1循迹避障模块原理
如上图所示,本小车用到的循迹与避障模块是同一原理,都是利用光电传感器感光原理,当其中一个光管发出一个信号时,碰到障碍物后反射回来,另一个光管就接收到信号,光电传感器就反馈这个信号给单片机,单片机收到信号后就控制电机工作达到循迹避障的目的;当无反射信号回来时,光电传感器则没有信号发送给单片机,小车保持原来的运动状态。
2.3功率计算
输入功率:
P=U*I=8.4*1.3=10.92W
一个电机输出功率:
P1=U1*I1=5*0.1=0.5W
四个电机输出功率:
P2=2W
经计算得出效率为18.3%
三电路与程序设计
3.1电路设计
智能小车基本控制原理控制
智能小车透视图
本次任务智能小车原理图及透视图如上所示
智能小车实物图如上
3.2程序设计
(1)简单的循迹模块程序流程图
(2)蓝牙模块测试程序流程图
(3)PWM调速程序流程图
(4)光敏传感器程序流程图
(5)整合,小车完成任务程序流程图
四.测试方法与测试结果
4.1测试方案及测试条件
关于小车转直角给出两个方案
方案1:
硬件小车循迹模块设计如下:
此设计有两个循迹模块安装在小车的中央,
用此设计来测试基本任务跑到如下:
此方案原本设计是当中间的循迹模块检测到跑到拐角的黑线时,小车成90度拐弯,但在测试的过程中小车难以控制,直接回冲出跑到,经反复调试,证实此方案不可行。
方案2
硬件部分小车设计如下:
此方案是把中间的循迹模块安装到小车前方,如图中所示,经反复调试,小车可以完成任务中的直角跑到,将转90度直接转过来,此方案可行!
关于小车进车库给出两个方案
方案1:
如上图跑到,小车到达车库前然后左转90度,直行过去,当探测到F点时停止,左转180度。
此方案经测试,小车左转时直接会撞上车库左端,经反复调试无法实现此方案,此方案不可行。
方案2:
当小车到达车库时,可以让小车左转45度然后向前避障,当探测到正前方F时,小车立即停止,左转180度。
经调试,小车可完成这一系列动作,此方案可行!
关于避障模块的位置方案:
方案1:
如下图所示
循迹模块放置在头部平行位置,经调试证实了这样安放不合理,需做改进。
方案2:
如下所示
避障模块做了如上调整后,可以达到停入车库的要求,此方案可行。
4.2测试结果完整性
经小车不断改进,不断调试,小车应经完成了寻线,进入车库的过程。
具体流程如下
小车成功进入车库。
4.3测试结果分析
小车之所以能成功完成任务,可分为四点:
1循迹模块的正确位置安装及模块的精准工作;
2蓝牙模块的指令控制;
3避障模块的精确灵敏度;
4PWM的正确精准的调速。
这四块工作时相互合作,成功的完成一系列动作,使小车成功完成了基本任务。
4.4发挥部分
发挥部分选择寻光
要求:
把车库挡板去掉,灯泡点亮,要求小车到达E点后,自动寻找F点位置停好车
寻光原理与循迹原理一样,当在感光距离内,光敏传感器会探测到信号并把信号传递给单片机,单片机响应信号后控制小车向光的方向行进,则小车就完成了寻光任务
结束语
本任务结合了循迹模块,避障模块,蓝牙模块以及PWM算法控制电机速度,成功的把各模块整合到一起,完成了小车寻线进车库的任务。
此任务充分利用了C52单片机的灵活性,在软件架构上分成上层应用层,逻辑控制层和底层硬件控制层,方便了开发和调试。
从最终测试结果上看,本系统具有极其强的适应能力,很好的完成了题目的各项要求。
通过完成本次设计大赛的智能小车控制系统,我们深刻的体会到,单片机具有强大功能可完成各个控制,相信单片机在控制领域中将会有更加广阔的应用前景。
参考书目
[1]全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编,北京理工大学出版社,2004年8月
[2]MCS-51系列单片机实用接口技术,北京航空航天大学出版社,2003年3月
[3]控制电机,西安电子科技大学出版社,20004年月
[4]电子线路基础教程,科学出版社,2003年1月
[5]电动机的单片机控制,北京航空航天大学出版社,2002年5月
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